鞍山隧道是哈大线上第二长隧道，全长2 440m，由于高速动车组频繁穿越该隧道，高速动车组齿轮箱箱体在隧道中的振动特性在文献中尚未见过，为了掌握齿轮箱箱在隧道中的振动特性，有必要对列车过隧道工况时齿轮箱箱体的振动特性开展研究。
3.3.4.1 新镟踏面工况下齿轮箱箱体振动特性
数据取自列车由哈尔滨驶向大连北经过鞍山隧道时在运行隧道之前、中、后的一段时间来分析齿轮箱箱体的振动特性。从图3-47可知列车在驶入隧道前先经过分相区减速再加速共约125s，在隧道中运行时间约32s，最后驶出隧道时间约43s。图3-47表明齿轮箱箱体垂、横向加速度与列车运行速度存在相关性，即列车减速或加速时，垂、横向加速度随之减小或增大，但横向加速度与速度变化的相关性比垂向加速度更显著。
说明：列车进入隧道后由于GPS测速仪信号消失，所以列车速度信号也随之消失，消失的速度信号在图3-47中用两条竖虚线区间表示，但加速度传感器仍可测得齿轮箱箱体的振动信号，本书中列车经过隧道时此现象不再另行说明。
图3-47 齿轮箱箱体垂、横向加速度与速度关系
图3-48（a）在[51s，66s]及[120s，132s]两个时段和图3-49（a）在[52s，66s]及[117s，133s]两个时段均存在振动主频和边频带信号消失现象。经分析列车在第一个时段经过分相区，第二个时段由于列车需要减速而对牵引电机切换断电，即都是由于牵引电机断电导致高频区频率信号消失；垂、横向高频带出现了齿轮啮合主频及其边频带均随列车运行速度变化趋势一致，且垂向振动高频响应比横向要大。而在垂、横向两个时间区段存在1～3s的时差是在时频图中数据标注误差所致。
图3-48 齿轮箱箱体垂向振动时频图
图3-49 齿轮箱箱体横向振动时频图
结合图3-48（b）和图3-49（b）分析可知：135Hz为枕跨冲击频率，而在横向时频图中没有出现这个频率信号，说明枕跨冲击主要体现在垂向。垂向低频区中[33Hz，67Hz]频段的能量响应信号非常丰富，说明该线路的轨面存在众多的垂向波长不平顺；横向低频区域的主频响应信号比垂向要弱，72Hz为电机转频，在横向低频区[40Hz,75Hz]频段存在较高能量响应，这可能是轮轨横向轻微撞击及钢轨表面存在横向短波不平顺诱发的轮轨激扰频率的混合效应；在[75Hz,150Hz]频段存在较低频率信号可能是轮轨横向撞击所致。
3.3.4.2 磨耗踏面工况下齿轮箱箱体与轴箱振动特性
1.齿轮箱箱体振动特性
分析数据与3.3.3.1节相似，从图3-50可看出齿轮箱箱体横向加速度值超出±30g，而垂向在±20g范围内，说明齿轮箱箱体的横向振动比垂向剧烈，且齿轮箱箱体的加速度与列车运行速度呈现相关性。
图3-50 齿轮箱箱体垂、横向加速度与速度关系
分析图3-51（a）和图3-52（a）可知：齿轮箱箱体垂、横向时频图中同样存在两个时间区段均出现高频振动频率信号消失现象。垂向和横向高频带都出现齿轮啮合主频与列车运行速度变化趋势一致。在高频区2 500Hz附近存在粗黑的宽频带是以齿轮啮合频率为载波频率，以轮轴转频为调制频率的啮合调制频率，且该调制频率与齿轮箱箱体某阶局部固有模态接近发生共振形成叠加重合的宽频带区域，且横向振动能量响应高于垂向。
图3-51 齿轮箱箱体垂向振动时频图
图3-52 齿轮箱箱体横向振动时频图(www.xing528.com)
分析图3-51（b）和图3-52（b）可知：时频图中均存在655Hz主频，该主频初步猜测可能是车轮23阶多边形的轮轨冲击频率，为了验证该猜测，下文将会对轴箱的振动特性给予分析，验证猜想的正确性。
分析图3-51（c）和图3-52（c）可知：时频图中131Hz为枕跨冲击频率；垂向时频图存在[32Hz,65Hz]频段振动信号可能是由轨面存在垂向不平顺轮轨激扰所致；横向时频图中[45Hz，90Hz]频段的振动信号可能是轮轨横向轻微撞击及钢轨表面存在横向短波不平顺诱发的轮轨激扰频率的混合效应；横向低频区56Hz为电机转频。
2.轴箱振动特性
分析图3-53可知：轴箱垂向加速度整体高于横向，列车在驶入、驶出隧道的速度分别为295.41km/h和289.26km/h，在隧道中历时34.42s速度下降6.15km/h，但在图中轴箱加速度并没有明显的变化，说明在速度降幅不大的情况下，轴箱加速度在隧道中影响甚微。
图3-53 轴箱垂、横向加速度与速度关系
在图3-54（b）的低频区和图3-55中均存在655Hz主频，由于踏面多边形的轮轨激扰频率首先会传递到轴箱上，列车速度取295km/h，滚动圆直径取915mm，算得轮轴转频约为28.5Hz，二者为23倍关系，即说明列车新镟轮后的运行里程在15～20万千米形成了23阶车轮多边形。图3-54（a）中在1 800～2200Hz频段出现了明显的频带混叠现象。
图3-54 轴箱垂向振动时频图
图3-55 过鞍山隧道时轴箱横向振动时频图
3.齿轮箱箱体与轴箱加速度RMS值
从图3-56可知：齿轮箱箱体垂向加速度RMS值要低于横向，其数值随列车速度变化比较明显；轴箱的垂向加速度RMS值高于横向，其数值随列车速度变化比齿轮箱箱体要缓慢。
图3-56 齿轮箱箱体垂、横向加速度RMS与速度关系图
3.3.4.3 新镟与磨耗踏面齿轮箱箱体加速度比较
从图3-57可知新镟踏面列车运行速度比磨耗踏面列车高5km/h左右，图3-58（a）显示在前80s左右，新镟踏面列车齿轮箱箱体垂向加速度略高于磨耗踏面，在后120s结果则相反，但整体上数值相差不大，这在图3-59（a）中得到验证。图3-58（b）表明新镟踏面列车齿轮箱箱体横向加速度显著高于磨耗踏面，说明列车速度变化会对齿轮箱箱体横向加速度产生较大影响，且其影响比垂向更显著，将图3-58（b）转化为图3-59（b）中的RMS值能给予充分说明。由此可得一个基本结论：齿轮箱箱体在磨耗踏面状态下的加速度幅值要低于新镟踏面，说明一定程度踏面的磨耗可改善齿轮箱箱体的振动特性，这在齿轮箱箱体横向振动加速幅值方面尤为明显。
图3-57 列车时间与速度关系比较
图3-58 齿轮箱箱体垂、横向加速度比较
图3-59 齿轮箱箱体垂、横向加速度RMS值比较
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